第二章核酸化學(xué)

第二章核酸化學(xué)第一節(jié)核酸的種類、分布與功能一.核酸的發(fā)現(xiàn)二.核酸的種類和分布三.核酸的主要功能第一節(jié)核酸的種類、分布與功能一、核酸的種類與功能（一）核酸的種類核糖核酸:轉(zhuǎn)移RNA、信使RNA、核糖體RNA----參與蛋白質(zhì)合成

小分子細(xì)胞核RNA（snRNA）、核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）、反義RNA（antisenseRNA）、雙鏈RNA（dsRNA）、細(xì)胞質(zhì)小RNA（scRNA）、具有催化活性的RNA（ribozyme）、各種病毒RNA功能：遺傳信息的表達(dá)及調(diào)控。

脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid-DNA）功能：遺傳信息的載體，負(fù)責(zé)遺傳信息的貯存和發(fā)布。真核生物原核生物

DNA細(xì)胞核（95%）線粒體、葉綠體（5%,環(huán)狀雙鏈）核質(zhì)區(qū)（擬核）

RNA細(xì)胞質(zhì)（75%）線粒體、葉綠體（15%）細(xì)胞核（10%）細(xì)胞質(zhì)二、核酸的分布第二節(jié)核酸的組成堿基核酸中除了5類基本的堿基外，還有一些含量甚少的堿基，稱為稀有堿基。組成核酸的稀有堿基NNNNONNNH2O—CH3Im5Chm5CDHU戊糖核糖脫氧核糖核苷nucleoside核苷由戊糖和堿基縮合而成，嘌呤的N9或嘧啶的N1與戊糖C-1’-OH以C-N糖苷鍵相連接。dANNNNNH2OHHOHOCH2HHHH9NONOOHOCH2HHHHOHOHU1假尿苷

胸腺嘧啶核糖核苷稀有核苷（tRNA）5核苷酸ATP（三磷酸腺苷）的結(jié)構(gòu)

dAMP\dADP\dATP

（3）環(huán)化核苷酸cAMP和cGMPcAMP(3’,5’-環(huán)腺嘌呤核苷一磷酸)和cGMP(3’,5’-環(huán)鳥嘌呤核苷一磷酸)的主要功能是作為細(xì)胞之間傳遞信息的信使。cAMP和cGMP的環(huán)狀磷酯鍵是一個(gè)高能鍵。NNNNNH2OHOCH2HHHHO—P—O—OOHNNNNNH2OHHOCH2HHHH

-O—P=OO第三節(jié)DNA及其結(jié)構(gòu)一.概述1.DNA的形狀2.DNA的堿基組成特點(diǎn)——Chargaff定律（1）在所有的DNA中，A=T，G=C即A+G=T+C（2）DNA的堿基組成具有種的特異性，但沒(méi)有組織和器官的特異性。脫氧核苷酸的排列順序——核酸中的可變成分（堿基）的排列順序一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示方法

——線條式/字母式/結(jié)構(gòu)式1.DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種脫氧核糖核酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）按一定順序，通過(guò)3′,5′磷酸二酯鍵連成的直線形或環(huán)形分子。二.DNA的結(jié)構(gòu)

DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示法2.DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)（1）二級(jí)結(jié)構(gòu)的含義（2）DNA堿基組成的特點(diǎn)—Chargaff定律（3）二級(jí)結(jié)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)

—B-DNA(Watson&Crick模型,1953年）DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)（3）堿基、糖、磷酸的位置。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：（1）兩條反向平行的多核苷酸鏈，右手雙螺旋。（4）雙螺旋的直徑，螺距。（2）大溝（深溝）小溝（淺溝）（5）堿基配對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多態(tài)性A型和B型是DNA的兩種基本構(gòu)象,A型可能存在于RNA的雙螺旋區(qū)及DNA-RNA雜交分子中,Z型DNA含有較多的甲基化胞嘧啶,與基因表達(dá)調(diào)空有關(guān).DNA構(gòu)型隨環(huán)境的影響而改變.3.DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)一、定義：DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)指DNA分子（雙螺旋）進(jìn)一步通過(guò)扭曲盤繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。包括：線狀DNA形成的紐結(jié)、超螺旋和多重螺旋、環(huán)狀DNA形成的結(jié)、超螺旋和連環(huán)等,超螺旋是DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式。超螺旋即DNA雙螺旋的螺旋。二、環(huán)狀DNA的拓?fù)鋵W(xué)特征：

松弛形解鏈環(huán)形負(fù)超螺旋線狀DNA形成的超螺旋環(huán)狀DNA形成的超螺旋1.鏈環(huán)數(shù)（linkingnumber）

鏈環(huán)數(shù)指在雙螺旋DNA中，DNA分子2條鏈間交叉的次數(shù),以L表示,是個(gè)常量。2.扭轉(zhuǎn)數(shù)（纏繞數(shù)：twistingnumber）

雙螺旋盤繞數(shù)，以T表示,變量。3.超螺旋數(shù)（writhingnumber）以W表示,變量。：L=T+W請(qǐng)看以下的例子。DNA分子具有相同的結(jié)構(gòu)，但L值不同，所以稱它們?yōu)橥負(fù)洚悩?gòu)體。拓?fù)洚悩?gòu)酶能夠催化它們之間的轉(zhuǎn)換。DNA負(fù)超螺旋易于解鏈，在DNA復(fù)制、重組和轉(zhuǎn)錄等過(guò)程中都需要兩條鏈解開(kāi)，所以負(fù)超螺旋利于這些功能的實(shí)施。左手?jǐn)Q松形成右手超(負(fù))螺旋DNA的四級(jí)結(jié)構(gòu)(了解)一、定義：

DNA與蛋白質(zhì)等的復(fù)合物稱DNA的四級(jí)結(jié)構(gòu).生物體內(nèi)的核酸通常都與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體(染色質(zhì)).壓縮比:DNA分子長(zhǎng)度與組裝后特定結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度之比.真核細(xì)胞染色質(zhì)壓縮比為:1000-2000；染色體：8000-10000。真核生物的染色體(染色質(zhì))：染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體（nucleosome）。

核小體的結(jié)構(gòu)核小體和染色質(zhì)染色質(zhì)

4.DNA和基因組一.DNA和基因基因（gene）：一段有功能的DNA片段，生物細(xì)胞中DNA分子的最小功能單位（交換單位）?；蚪M:某生物體（完整單倍體）所含全部遺傳物質(zhì)的總和。包括：核基因組（擬核/核DNA）及核外（質(zhì)粒/質(zhì)體DNA）人類基因組計(jì)劃（HumanGenomeProject，HGP）bp（堿基對(duì)）

103104105106107108109101010111012人兩棲類魚類藻類酵母細(xì)菌E.Coli病毒質(zhì)粒各種細(xì)胞、病毒和細(xì)菌質(zhì)粒中基因組的大小

蛋白質(zhì)（mRNA蛋白質(zhì)）產(chǎn)物tRNARNArRNA調(diào)節(jié)功能：調(diào)節(jié)基因無(wú)產(chǎn)物

作用未知結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因:為RNA或蛋白質(zhì)編碼的基因.調(diào)節(jié)基因:具有調(diào)節(jié)功能而不轉(zhuǎn)錄生成RNA的片段.

4.DNA和基因組內(nèi)含子:基因中不編碼(蛋白質(zhì)或成熟RNA)的居間序列.即：被轉(zhuǎn)錄但在成熟RNA中不存在的DNA序列。如：tRNA、rRNA外顯子:基因中編碼(蛋白質(zhì)或成熟RNA)的片段.

4.DNA和基因組二.原核生物基因組的特點(diǎn)1.單一(條)DNA分子,基因組小.2.結(jié)構(gòu)基因比例高,基因間隔及內(nèi)含子少,重復(fù)序列少.3.轉(zhuǎn)錄單元(多順?lè)醋?現(xiàn)象.功能相關(guān)的基因串聯(lián)在一起轉(zhuǎn)錄,產(chǎn)生一條mRNA鏈.4.基因重疊現(xiàn)象.完全重疊部分重疊

4.DNA和基因組三.真核生物基因組的特點(diǎn)1.重復(fù)序列.單拷貝:僅出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次,主要是編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因.中度重復(fù):幾十到幾千個(gè)拷貝,如tRNA、rRNA及部分蛋白質(zhì)基因.高度重復(fù)：可重復(fù)幾百萬(wàn)次，序列長(zhǎng)度2-10bp，可能與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)。2.斷裂基因現(xiàn)象(內(nèi)含子).第四節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)一.RNA的結(jié)構(gòu)

RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種核糖核酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定順序，通過(guò)3′，5′磷酸二酯鍵連成的線形分子，其表示方法與DNA相同。RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是短的，不完全螺旋的多核苷酸鏈。RNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)是在莖環(huán)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭曲折疊而成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。（一）tRNA的結(jié)構(gòu)tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

由74~93個(gè)（多為76個(gè)）核苷酸組成單鏈；具有不變的（恒定的）核苷酸:U8、G18、G19；

含較多的修飾核苷酸；

5ˊ端多為PG,3ˊ端多為CCAOH。2.tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草結(jié)構(gòu)具有四臂四環(huán)，

3ˊ端為CCAOH序列，5ˊ端為PG3.tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)——倒L形結(jié)構(gòu)tRNA的三葉草結(jié)構(gòu)tRNA的三級(jí)和二級(jí)結(jié)構(gòu)（二）mRNA的結(jié)構(gòu)

mRNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)真核：?jiǎn)雾樂(lè)醋印?’-末端有“帽子”、3’-末端有polyA片段和非編碼區(qū)和非編碼區(qū)原核：多順?lè)醋?’-末端無(wú)“帽子”、3’-末端無(wú)polyA片段